Через тернии к звездам

Представим себе Солнечную систему через одно или два столетия. Каллисто, столица Юпитерианской федерации спутников и крупных астероидов, является центром новой цивилизации. На его орбите близится к завершению сборка странного сооружения из топливных баков, решетчатых конструкций, ядерных источников энергии и двух крупнейших и мощнейших из всех когда-либо созданных человеком ракетных двигателей. Космический корабль должен быть заправлен ядерным топливом, добытым из атмосферы Юпитера,- дейтерием, редким изотопом водорода, и гелием-3, еще более редким изотопом, который обнаружен только во внешних частях Солнечной системы.

Возможности обычной ракетной техники, которая была столь полезна человеку при освоении Солнечной системы, использованы до предела. Для совершения рывка к ближайшим звездам нужны корабли особого типа, так называемого типа «Дедал», которые являются беспилотными аппаратами. Разумеется, их надо рассматривать «только как роботы», хотя они имеют массу органов «чувств», неутомимы, так как получают энергию от ядерной энергоустановки, по «умственным» способностям превосходят все лучшие вычислительные машины XX столетия и с помощью микроволновых линий связи управляют десятком тонн совершеннейшего самопрограммирующегося и способного принимать независимые решения оборудования, так что (умей они говорить) они, вероятно, ни в чем не уступали бы человеку.

Экспедиция на кораблях этого типа проходит следующим образом. В первые несколько лет полета, пока корабль не наберет скорости, составляющей 10- 20% скорости света, работают двигатели корабля, а затем в течение нескольких десятилетий он будет двигаться к месту назначения по инерции. Во время полета находящиеся на борту роботы и другая научная аппаратура будут постоянно функционировать, собирая фундаментальные данные о Галактике и Вселенной, такие, как количество и состав межзвездного вещества, величина галактического магнитного поля, расстояние до отдаленных звезд галактик.

Целью полета будут относительно близкие звезды, находящиеся на расстоянии в пределах десяти световых лет. По достижении цели первые звездные корабли не смогут погасить свою колоссальную скорость. Их двигатели не справятся с этой задачей. Вместо этого с кораблей будут запущены исследовательские приборы во все концы обширного пространства, подобного целой Солнечной системе, чтобы каждый из них, достигнув цели, произвел измерения и получил полную картину по всем возможным параметрам. Вся эта информация будет передана по радио на огромный приемный комплекс в Солнечной системе. Космический корабль и посланные им роботы - «камикадзе» продолжат свой полет и в конце концов, лишившись электроэнергии и управления, канут в глубинах Галактики, но человечество впервые сможет увидеть вблизи мир другой звезды.

Все это очень напоминает научную фантастику, однако изложенные здесь общие представления основаны на заключениях уже выполненного весьма детального исследования возможности межзвездного полета. Исследование - проект «Дедал» было названо так в честь знаменитого греческого мастера, который изготовил крылья себе и своему сыну Икару, чтобы совершить побег с острова Крит, спасаясь от гнева царя Миноса.

Главной целью этого исследования, в котором участвовали ученые и инженеры Британского межпланетного общества, было определение инженерных возможностей осуществления межзвездного полета на основе экстраполяции уровня техники не более чем на ближайшие 50 лет. Двигательная установка корабля должна быть реактивной, но нового типа, имеющей сходство с перспективным ракетным двигателем для космического аппарата, который лет пятнадцать назад разрабатывался специалистами фирмы «Дженерал атомик» в США под кодовым названием «Орион». Принцип действия этой ракеты состоял в использовании импульсных ядерных взрывов, которые производились в нижней части аппарата, так что он буквально отбрасывался взрывом вперед в направлении полета. Проектом «Орион» предусматривалось, что мощные взрывы (эквивалентные по мощности взрывам тысяч тонн тринитротолуола) будут повторяться с частотой от одного взрыва в 10 с (1/10 Гц) до одного взрыва в 1 с (1 Гц). Импульс тяги будет восприниматься массивной плитой, прикрепленной к аппарату с помощью амортизаторов. Таким способом удастся создать относительно приемлемые условия для экипажа корабля. Корабль «Орион» предназначался для осуществления межпланетных полетов, поэтому производимые его двигательной установкой взрывы должны были быть ограниченной мощности. К моменту завершения разработки проекта «Дедал» в принятые основные технические решения могли быть внесены два изменения - одно, связанное со способом инициирования взрывов, другое - с использованием топлива. С учетом этих изменений двигатель звездолета «Дедал» стал бы достаточно мощным для доставки корабля к звезде.

В настоящее время известны два способа выделения энергии, запасенной в материи. Один из них - расщепление атомов тяжелых элементов, таких, как уран, плутоний или торий. Полная масса образовавшихся осколков оказывается меньше массы атома исходного элемента, и вследствие дефекта массы выделяется энергия. В другом способе, наоборот, пара атомов очень легких элементов - водорода, гелия, бора и других объединяется в новый атом с массой, большей массы каждого из исходных элементов. Однако масса нового атома меньше суммарной массы исходных атомов, и опять вследствие дефекта массы выделяется энергия. Это процесс ядерного синтеза.

Процесс расщепления атомов технически реализовать проще. Чтобы он начался, необходимо лишь достаточное количество топлива (так называемая «критическая масса»). Такой процесс, на котором основан принцип действия атомной бомбы и реакторов атомных электростанций, предполагалось использовать в проекте «Орион». Однако из одинакового количества топлива в процессе ядерного синтеза выделяется больше энергии, чем при расщеплении атомного ядра, поэтому процесс ядерного синтеза больше подходит для космических полетов. К сожалению, несмотря на усилия тысяч ученых в течение десятков лет, единственным действующим устройством, в котором используется энергия, высвобождаемая при ядерном синтезе, является водородная бомба. Но в бомбе процесс ядерного синтеза протекает неуправляемо. Чтобы осуществить этот процесс, необходимо нагреть топливо до температуры в сотни миллионов градусов, так чтобы атомы сталкивались друг с другом, имея достаточную энергию для начала реакции синтеза. До недавнего времени был известен единственный способ нагрева с использованием атомной бомбы в качестве «подогревателя». Очевидно, такой способ слишком рискован, поскольку подобен взрыву водородной бомбы. При каждом взрыве минимальное количество освобождаемой энергии эквивалентно энергии взрыва десятков тысяч тонн тринитротолуола,- а это огромная энергия! В настоящее время представляется возможным осуществлять нагрев, воздействуя мощными лазерными или электронными пучками на небольшие объемы ядерного топлива (обычно сферической формы). С другой стороны, топливо в виде высокотемпературного газа (или плазмы) можно удерживать в магнитном поле, чтобы изолировать его от стенок сосуда, в котором оно находится. Нагрев осуществляется инжектируемыми снаружи внутрь объема атомами с высокими скоростями. Оба способа, вероятно, осуществимы, однако первый представляется более подходящим для использования в космическом полете, поскольку при меньшей массе двигателя может быть получена большая тяга. Именно этот способ используется в проекте «Дедал».